鄧武進(jìn)

摘 要：電機(jī)學(xué)被稱(chēng)為電氣專(zhuān)業(yè)“四大天書(shū)”之首，是電氣工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課中被普遍認(rèn)為是最為困難的。知識(shí)點(diǎn)十分抽象，概念復(fù)雜晦澀，難以理解。課本編排十分瑣碎，不便于學(xué)習(xí)。在電氣工程的學(xué)習(xí)中，大多數(shù)學(xué)生都感到十分困難。學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己在許多問(wèn)題上都無(wú)法理解而只能死記硬背。筆者在剛剛接觸電機(jī)學(xué)時(shí)，有許多問(wèn)題無(wú)法理解掌握。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的鉆研，掌握了許多獨(dú)特的理解分析方法。電機(jī)學(xué)中難度最大，難點(diǎn)最多的便是同步電機(jī)。此文便對(duì)同步電機(jī)的若干疑難問(wèn)題提供了自己的解決方法，以供電機(jī)學(xué)習(xí)者的參考。

關(guān)鍵詞：電機(jī)學(xué);同步電機(jī);疑難問(wèn)題;理解分析

同步電機(jī)，是指轉(zhuǎn)速恒定為同步轉(zhuǎn)速的電機(jī)。它的繞組繞制方式，感應(yīng)電勢(shì)的產(chǎn)生，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生，電樞反應(yīng)以及同步電抗，都是被認(rèn)為是難以理解的。本文將對(duì)這些疑難問(wèn)題提出一系列便于深刻理解，透徹掌握的方法。

1 關(guān)于繞組的疑難問(wèn)題

（1）在電機(jī)中有兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其中一種是在轉(zhuǎn)子上繞制的線圈上通入直流，用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，以此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

（2）同步電機(jī)的磁極設(shè)計(jì)成沿著旋轉(zhuǎn)方向，NS極交替。

（3）電角度：將一個(gè)圓周當(dāng)成360電角，劃分給相鄰的一對(duì)NS級(jí)，產(chǎn)生一組ABC三相繞組。有幾對(duì)磁極就有幾組ABC三相繞組，于是一個(gè)圓周360度，可以看為有p個(gè) 360度電角。

（4）按照每對(duì)磁極劃分三相繞組時(shí)，每一對(duì)磁極的相應(yīng)位置應(yīng)該差360電角。

（5）電勢(shì)星形圖表示的是電角度，一圈表示一對(duì)磁極的劃分，如果有多對(duì)磁極，則同一個(gè)位置的兩槽相差360電角。在每一對(duì)磁極的劃分中，三相電勢(shì)之間都相差120度電角度。

（6）按照慣例，單層繞組使用整距。雙層考慮到諧波而使用短距。因?yàn)閱螌永@組使用整距，所以在一對(duì)極域里產(chǎn)生一個(gè)線圈組。因?yàn)殡p層繞組使用短距，所以一個(gè)級(jí)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)線圈組。短距會(huì)使得雙層繞組個(gè)別線圈無(wú)法按照電勢(shì)相加原則，使得電勢(shì)下降。

（7）在分配單層繞組導(dǎo)體時(shí)，一個(gè)槽只有一個(gè)導(dǎo)體，將槽分成ABCXYZ六份。在分配雙層繞組時(shí)，一個(gè)槽有兩層導(dǎo)體，分配時(shí)只分配上層，與單層一樣，只不過(guò)只分成ABC三份，即原來(lái)的AX都為A，以此類(lèi)推。對(duì)于下層，排列與上層一樣，但是一個(gè)線圈的上下導(dǎo)體之間差一個(gè)節(jié)距，將上層的排列整體旋轉(zhuǎn)一個(gè)節(jié)距即可。

（8）N—串聯(lián)等效線圈數(shù)。當(dāng)匝數(shù)為n時(shí)，在每條支路上串聯(lián)的線圈數(shù)是匝數(shù)為1時(shí)的線圈數(shù)的n倍。

2 關(guān)于勵(lì)磁電流產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的疑難問(wèn)題

（1）此處考慮的是定子側(cè)的空載電勢(shì)。

（2）繞組匝數(shù)的意義在于，從繞組的一個(gè)進(jìn)口繞入，繞一圈后，從出口繞出，在接著從進(jìn)口繞入，出口繞出，此時(shí)繞入的各匝繞組都是平行關(guān)系。而對(duì)于線圈而言，各匝的線圈之間是串聯(lián)疊加的關(guān)系。

3 關(guān)于三相電流通過(guò)三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的疑難問(wèn)題

（1）對(duì)于單相整距集中繞組而言，線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)都可以認(rèn)為在兩側(cè)的氣隙上消耗掉了。所以沿氣隙圓周的磁勢(shì)均勻分布。將定子內(nèi)圓展開(kāi)后，將轉(zhuǎn)子一側(cè)作為參考磁勢(shì)，在右半圓，定子內(nèi)圓為正。在左半圓，定子內(nèi)圓為負(fù)。于是形成了矩形波磁勢(shì)。人們把這種空間位置固定，大小隨時(shí)間變化的磁勢(shì)稱(chēng)為脈動(dòng)磁勢(shì)。

（2）在分析基波磁勢(shì)與電角度X的曲線時(shí)。不應(yīng)該把不同時(shí)刻的圖像看成是不同幅值的正弦圖像，而應(yīng)該看成一個(gè)在空間上沿著氣隙傳播的波形不斷在空間變化的波。波在空間的每一個(gè)位置都存在隨時(shí)間而上下來(lái)回的振動(dòng)。在每一點(diǎn)處都有著一個(gè)幅值，每個(gè)幅值都是確定的值，為X=0處幅值中的最大值與cosX的乘積。在這個(gè)波的各個(gè)時(shí)刻的波形圖中，磁勢(shì)的最大值總是在X=0處取得。因?yàn)榇藭r(shí)還受到關(guān)于時(shí)間的余弦函數(shù)約束，所以波形呈現(xiàn)出正弦圖像形式。

（3）在用圖解法將單相基波脈振磁勢(shì)分解成兩個(gè)基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的時(shí)候，需要先確定一個(gè)位置，即把X固定，再研究隨時(shí)間而旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)轉(zhuǎn)向反向的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。

4 關(guān)于電樞反應(yīng)的疑難問(wèn)題

（1）電樞反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是定子電流對(duì)勵(lì)磁磁勢(shì)的反作用。

（2）電機(jī)學(xué)有一個(gè)重要的推導(dǎo)公式的方法，那就是用一個(gè)電路上的電抗的壓降來(lái)表示磁路上的磁壓降，電抗便用來(lái)表示磁路上的阻礙。這個(gè)做法非常抽象，讓人難以理解。在同步電機(jī)中，電樞電流產(chǎn)生的磁通分為兩部分，主磁通和漏磁通，他們都會(huì)受到磁壓降，所以它們分別感應(yīng)出的電勢(shì)便會(huì)分別與一個(gè)虛擬出的電抗成比例。在推導(dǎo)中，因?yàn)楦鱾€(gè)位置對(duì)應(yīng)的磁路不相同，所以選取兩個(gè)沿著d軸和q軸的典型磁路加以分析。其他的磁路可以分解成這兩個(gè)磁路的疊加。意思是一個(gè)普通磁路可以用兩個(gè)典型磁路進(jìn)行等效，其電磁效果是相同的。對(duì)應(yīng)于兩個(gè)等效出的典型磁路，有兩個(gè)電樞電抗。同時(shí)，電樞電流也按照d軸和q軸進(jìn)行分解。于是電樞電流和磁路都關(guān)于d軸和q軸分解等效了，等效的磁路都各自對(duì)應(yīng)一個(gè)電抗。這樣電樞電勢(shì)就可以表示出來(lái)了。同步電抗是電樞電抗和漏磁電抗的合成。

5 總結(jié)

本文是作者對(duì)電機(jī)學(xué)學(xué)習(xí)鉆研許久的成果。由于電機(jī)學(xué)原理太過(guò)抽象，推導(dǎo)難以讓人理解，甚至難以讓人信服。筆者寫(xiě)作此文的目的便是希望電氣學(xué)子能夠受到些許啟發(fā)，有利于他們對(duì)電機(jī)學(xué)同步電機(jī)部分的學(xué)習(xí)。

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